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王中林、徐敏义等：摩擦纳米发电机在海洋科学与工程中的应用

科学出版社

2026-04-30 06:05 ·北京 ·科学出版社官方网易号

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摩擦纳米发电机作为一种新兴的环境能量转换与传感技术，因结构灵活、可低频起效、兼具发电与传感能力等优势，近年来迅速发展为多源能量采集、低功耗感知、海洋污染处理等交叉前沿的重要技术支撑手段。

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浩瀚的海洋覆盖了地球表面71%的面积，蕴藏着丰富的资源和无尽的能量。随着全球能源结构转型和“碳达峰、碳中和”的深入推进，开发和利用海洋可再生能源已成为世界各国竞相布局的战略高地。在这一时代背景下，摩擦纳米发电机（TENG）作为一种颠覆性的能量收集技术，凭借其独特的优势正在海洋工程和蓝色能源领域掀起一场技术革命。

《摩擦纳米发电机在海洋科学与工程中的应用》立足于海洋能源开发的国家战略需求，系统梳理了TENG 技术在海洋领域的最新研究进展和工程应用。本书全面总结了摩擦纳米发电机在海洋工程领域的基础理论、关键器件设计、能量集成机制及工程应用路径，覆盖波浪能、海流能、振动能等典型可再生能源的摩擦电采集与转换，系统阐述了其在水下流场感知、船舶姿态监测、液位探测、水下通信及海洋污染控制等实际场景中的多模态功能拓展，构建了从原理建模到系统集成的理论技术框架，具有鲜明的交叉性、前瞻性和系统性。

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摩擦纳米发电机在海洋科学与工程中的应用购买

王中林徐敏义等著

北京: 科学出版社, 2026. 3

ISBN 978-7-03-084803-1

全书内容既包括深入的基础理论研究，又涵盖前沿的技术创新和工程实践，旨在为读者呈现一幅完整的TENG 海洋应用技术图谱。

理论创新与技术突破

本书开篇从原子尺度揭示了接触起电的物理本质（第2 章），创新性地提出了液-固界面双电层形成的新机制，并建立了完整的TENG 理论模型体系。特别值得一提的是，书中详细阐述了麦克斯韦位移电流理论的拓展应用，这一理论突破为TENG 技术的发展奠定了重要基础。在材料科学方面，系统总结了介电材料摩擦电序列的量化方法，为高性能TENG 的设计提供了材料选择依据。

海洋能源收集的革命性进展

在波浪能收集领域（第3 章），本书首次对多层结构、通道结构、转动结构和弹性结构等四大类TENG 进行系统性分类，并深入分析了各类结构的能量转换机制和性能优化策略。在海流能收集方面（第4 章），创新性地提出了刚性结构、柔性结构和仿生结构的三元分类体系，特别是仿生结构TENG 的设计灵感来源于海洋生物，展现出优异的环境适应性和能量转换效率。

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柔性仿海草结构摩擦纳米发电机（S-TENG）及其应用示意图。（a）海草—S-TENG 的仿生原型（ⅰ），S-TENG 结构（ⅱ），S-TENG 的内部结构（ⅲ）；（b）S-TENG 的照片（ⅰ）和侧视图（ⅱ），S-TENG 上材料表面形貌的侧视图（ⅲ）；（c）S-TENG 的工作原理

复合能源系统的协同创新

第5 章提出的摩擦-电磁复合发电技术代表了海洋能利用的新方向。通过巧妙的结构设计，TENG 与电磁发电机的优势得以互补，能量收集效率得到显著提升。书中展示的磁悬浮阻尼结构等创新设计，为解决传统波浪能装置效率低的难题提供了新思路。

蓝色能源网络的未来图景

第6 章描绘的“蓝色大能源”愿景令人振奋。通过TENG 的平面发电网络和立体发电网络组网技术，首次展示了构建大规模海洋能源矩阵的可能性。特别值得关注的是，书中提出的能量管理策略，为解决TENG 输出不稳定的技术瓶颈提供了切实可行的解决方案。

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手性网络的应用演示。（a）基于大规模3D 手性TENG 网络构建海洋发电站应用系统的示意图；（b）大规模手性TENG 网络的波浪能收集行为示意图；（c）由3D 手性网络供电的348 个LED 灯的照片；（d）基于网络的自供电系统示意图；（e）3D TENG 网络通过电容器充电驱动温湿度计的电压曲线；（f）为无线温湿度计（WHTM）供电的3D 手性网络照片

智能海洋感知的技术革新

本书后半部分（第7～12 章）集中展现了TENG 在海洋智能化方面的突破性应用。从船舶机械振动监测到海洋环境参数感知，从仿生触觉传感器到水下无线通信，TENG 正在重塑海洋监测的技术体系。其中，基于海豹胡须仿生原理的水下触觉传感器（第10 章）和麦克斯韦位移电流通信技术（第11 章）等创新成果，展现了TENG 在海洋特种传感领域的独特优势。

高压电能的工程应用突破

第12 章重点介绍了TENG 高压特性在海洋工程中的特殊应用。通过巧妙利用TENG的高压输出特性，开发了新型海水杀菌、金属防腐等技术，这些创新应用为海洋工程装备的维护提供了全新的技术手段。

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液-固TENG 进行金属防腐的机制及效果

本书的出版恰逢其时。在此，我们要特别感谢国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，以及各合作单位的大力支持。当前，我国正处于加快建设海洋强国的关键时期，发展蓝色能源技术具有重要的战略意义。我们期望本书能够为相关领域的科研人员、工程技术人员和研究生提供全面的技术参考，同时也希望能激发更多创新思维，推动TENG 技术在海洋领域的深入应用，为开发蓝色能源、建设海洋强国贡献力量！

本文摘编自《摩擦纳米发电机在海洋科学与工程中的应用》（王中林等著. 北京: 科学出版社, 2026. 3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-084803-1

责任编辑：李明楠高微

本书全面总结了摩擦纳米发电机在海洋工程领域的基础理论、关键器件设计、能量集成机制及工程应用路径，覆盖波浪能、海流能、振动能等典型可再生能源的摩擦电采集与转换，系统阐述了其在水下流场感知、船舶姿态监测、液位探测、水下通信及海洋污染控制等实际场景中的多模态功能拓展，构建了从原理建模到系统集成的理论技术框架，具有鲜明的交叉性、前瞻性和系统性。本书为构建新一代海洋分布式自供能网络、智能传感系统和绿色防护方案提供了系统指导，具有显著的经济效益和社会效益潜力。

本书适合高校和科研院所能源领域相关专业研究人员、教师、研究生等学习参考，也可作为研究生教材；对于高新技术企业研发人员、专业技术人员和管理人员也是很好的参考用书。

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